太陽系小型冰衛星,冰層下方可能潛藏沸騰海洋
過去已知太陽系有不少小型衛星冰殼下方可能蘊藏海洋,最近一項新模擬表明,衛星的冰殼厚度變化可能導致底層海水在低溫下沸騰。
被水冰地殼覆蓋的太陽系衛星如:土衛二恩克拉多斯、木衛二歐羅巴,冰殼和岩石核心中間可能夾雜一層海洋,成為尋找外星生命最佳地點,由於冰的體積比同等質量液態水大,結冰會對冰殼施加壓力,進而形成土衛二表面看到的「老虎條紋」等地質特徵。
之前研究發現土衛一軌道擺動現象可能由冰冷地殼下的海洋造成,這些覆蓋冰殼的衛星因受到母行星潮汐加熱,冰殼時而變薄或變厚,於是研究人員試圖理解衛星冰殼底部融化變薄會發生哪些事。
新研究發現當衛星冰殼局部變薄,對下方海洋施加的水壓會下降,可能低到足以達到「三相點」狀態──此時冰、液態水、水蒸氣可共存,海洋表層水能「沸騰」成水蒸氣。
這種「沸騰」不是我們熟悉的 100 ℃ 滾水,而是當冰殼薄至 5~15 公里且壓力降低到臨界點,液態水在接近 0℃(略高於水的冰點)左右直接蒸發成氣體──此物理過程會持續直到冰殼再度變厚、壓力回升。
小型冰衛星如土衛一、土衛二、天衛五最可能出現這種現象,土衛一尤其令人感興趣,因為證據表明它可能「最近」才形成海洋,土衛二的「虎紋」(tiger stripes)裂縫、天衛五的神祕冕狀物與斷崖,都可能與冰下海洋「沸騰」有關。
新理論除說明為何有些冰衛星地表特徵異常,也對尋找太陽系外生命條件提出新的評估標準,即使海洋表面沸騰,深層海洋仍有機會維持液態並支撐極端生命。
新論文發表在《自然天文學》(Nature Astronomy)期刊。
Small, Frozen Moons in the Solar System Could have Boiling Oceans Beneath the Ice
Formation of oceans within icy moons could cause the waters to boil
Icy moons in our solar system may have boiling oceans — but life could potentially still survive
(首圖來源:AI 生成)